为什么相对湿度在实验室盐雾腐蚀测试中很重要?

1. 什么是腐蚀?

当金属与水和电解质(如盐)接触时,就会发生腐蚀。在这种环境下,电子离开金属表面,形成离子。带正电荷的金属离子与带负电荷的氧离子结合产生金属氧化物,这就是腐蚀反应的产物。除了金、银和铂等贵金属,所有金属在于环境中都以氧化物的形式存在的。腐蚀实际上是大自然将精炼金属还原到自然状态的一种方式。

 

虽然腐蚀测试的概念很简单,但在实验室模拟室外腐蚀的实践是非常困难的。由于复杂的多步骤反应,可以形成多种氧化物,这些反应取决于特定的环境条件。常用的盐雾试验(ASTM B117,ISO 9227)可以腐蚀金属,但是其机理与真实环境中腐蚀的复杂性不相符。这导致与真实世界腐蚀结果的相关性较差。温度和湿度的环境循环是室外腐蚀机制如此复杂的主要原因。

 

在实验室中如实再现这些因素是创造真实腐蚀的关键,也是控制它们是可重复测试协议的关键。

 

 

2. 潮解

潮解是物质从大气中吸收水分直至溶解并形成溶液的过程。

 

室外环境中的金属会以几种方式变湿。在风化过程中,我们经常谈论露水(凝结)和雨水,因为它们与湿度有关。在腐蚀过程中,还有一个与水分有关的术语,叫做“潮解”。在实验室中实现户外腐蚀的精确模拟,复制和控制潮解是一个重要因素。

 

当环境超过相对湿度阈值时,每种可溶性盐都会潮解,具体取决于化合物。这个阈值被称为潮解相对湿度(DRH)。保持远高于该DRH值确保腐蚀过程将继续;同样,低于这个值意味着腐蚀过程应该减缓或停止。下表给出了几种盐在25℃时的DRH值。随着温度的升高,DRH值降低。

 

25℃时几种盐的潮解相对湿度

DRH

氯化钠(NaCl)

76%

氯化钾(KCl)

85%

硫酸铵

84%

硝酸钠

74%

氯化钙

31%

氯化镁

33%

 

在列出的盐类中,氯化钠、硫酸铵和氯化钙用于实验室腐蚀试验方法。许多汽车方法在设计条件时考虑了试验溶液中使用的盐的DRH。

 

 

3. 控制相对湿度变化

既然我们已经将湿度(更具体地说,潮解)与腐蚀速率联系起来,我们可以开始了解为什么控制温度和相对湿度转换/斜坡时间如此重要。

 

假设我们正在运行Prohesion循环(ASTM G85附录5),在Prohesion中,有两个步骤,总测试周期为两个小时。这个循环没有规定两种条件之间的过渡时间,因此只要面板在第二步中最终干燥,就可以正式达到标准要求:

1)1小时盐雾功能;

2)1小时干燥功能。

 

假设你有两个Q-Lab的腐蚀试验箱可以运行这个循环,第一个腐蚀试验箱具有非常强大的吹扫循环,并在5分钟内将步骤2中的箱内环境燥至DRH以下。在该步骤的剩余55分钟内,面板上几乎没有腐蚀。然后,假设第二腐蚀试验箱具有非常弱的吹扫循环,并且需要45分钟箱内环境干燥到DRH以下。这意味着面板真正干燥的时间只有15分钟。

 

这两个腐蚀试验箱的循环测试将产生非常不同结果!在每两个小时的循环中,想比较于第一个腐蚀试验箱,第二个腐蚀试验箱中的样品将经受额外40分钟的腐蚀条件。这比第一个试验箱中的样品暴露在腐蚀条件下的时间多60%!

 

现代测试循环中规定的温度和湿度转换通常受到控制,以确保无论使用哪种测试仪来运行该循环,转换期间高于DRH的时间是一致的。没有它,重复性和再现性会大大下降。

 

 

4. 结论

湿度的精确控制对于实验室腐蚀测试至关重要。虽然需要控制冷凝和喷雾,但腐蚀测试中盐的存在迫使我们意识到潮解引起的再润湿的影响。为了控制潮解,我们必须严格控制腐蚀试验箱内部的相对湿度。为了测试获得较高的重复性和重现性,斜坡时间的控制也非常重要。

 

 

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